乙烯裝置增設甲烷氫壓縮機解決甲烷收率高生產瓶頸

劉軍

摘要：甲烷設計收率為14%，實際甲烷收率達到18-20%，尾氣精餾塔塔頂氣相量超過設計110%，回流罐液位達到95%以上，容易造成回流罐液位高高聯鎖和氣相甲烷帶液使甲烷膨脹壓縮機損壞，增設一臺壓縮機把系統循環的甲烷氫直接送至界外燃料系統，增加裂解投油負荷，減輕甲烷塔壓力，增加乙烯、丙烯產量。

關鍵詞：乙烯裝置；高負荷；螺桿壓縮機；優化

一、研究的背景及意義

1.研究的背景

乙烯裝置的裂解原料多樣、復雜等原因和設計存在較大差異，原設計甲烷的收率為14%，而實際甲烷的收率達到了18-20%。為了獲得較多的低位冷量，在原設計中有5.1噸/h的甲烷氫通過冷箱釋放冷量后返回裂解氣壓縮機的二段吸入罐，在系統內循環。乙烯裝置達到設計負荷297t/h時，裝置運行相對穩定，若進一步提高加工負荷。主要存在以下問題：

1.1、尾氣精餾塔氣相量達到設計的110%，回流罐液位達到95%以上，容易造成回流罐液位高高聯鎖和氣相甲烷帶液使甲烷膨脹壓縮機損壞。

1.2、脫甲烷塔負荷超設計，碳二中含有部分甲烷，致使乙烯制冷壓縮機不凝氣含量高而超壓。

1.3、設計甲烷氫5.1噸/h返裂解氣壓縮機，不間斷地在系統中加壓、冷卻，增加裂解氣壓縮機的負荷，且影響裂解負荷和冷區塔分離的效果。

1.4、為了獲得足夠的低位冷量和維持高負荷下的運行，低壓甲烷氫出冷箱需要開40%閥位排放火炬，造成資源浪費及環境污染。

2、研究的意義

從工藝角度可以解決脫甲烷塔、預脫甲烷塔、尾氣精餾塔、裂解氣壓縮機的負荷；從設備角度可以解決甲烷膨脹制冷壓縮機的震動高的難題；從環保角度可以解決甲烷氫無序的排放。

螺桿壓縮機是設計成對甲烷氫氣體進行無油壓縮，具有兩個方面的優點：離心壓縮機高可靠型和正位移（往復式）壓縮機的無喘振。

工藝氣體螺桿壓縮機提供了可靠、緊湊、高效、低投資以及在工程應用中最少的維修工作，并在越來越多的領域有取代往復機和其他壓縮機的趨勢。在這點上，許多油氣和石化承包商和用戶極感興趣。為此和設計單位商榷增設一臺干式螺桿壓縮機外加干氣密封的組合方式，每年可以確保8000小時/a連續運行。

干式壓縮機壓縮機側不含水、不含油，對后續系統不構成影響。

二、尾氣系統優化

1、改造思路

把系統循環5.1t/h甲烷氫直接送至燃料氣外管網，可以減少裂解氣壓縮機的負荷，降低冷分離進料中甲烷含量，優化脫甲烷塔和尾氣精餾塔操作。

2、尾氣精餾塔系統的流程

V-1415底部液體由液位LIC-14011控制，經E-1406加熱后與V-1414底部經液位LIC-14009控制的液體匯合，再經E-1405加熱后送至脫甲烷預分餾塔C-1410。V-1411底部液體由LIC-14003控制送入脫甲烷預分餾塔C-1410。

來自3號進料分離罐 V-1415的頂部氣體被分成兩股，其中一股經流量FIC-14015控制直接送往尾氣精餾塔C-1413塔釜，另一股由壓差PDIC-14011控制經尾氣精餾塔冷凝器E-1413冷卻后進入C-1413第11塊塔盤。C-1413頂部上升氣體經冷凝器E-1413冷卻后進入尾氣精餾塔回流罐V-1413。冷凝下來的液體靠重力流直接回流到尾氣精餾塔頂部，V-1413中未被冷凝的氣體分成兩股：一股送往1號氫氣換熱器E-1426；一股由流量FIC14018控制送往膨脹機K-1420。FIC14018量與氫氣最終出口壓力PIC14051低壓超馳。

2、膨脹機/再壓縮機環路系統

膨脹/再壓縮回路系統主要使用單級膨脹機。脫甲烷塔（210-C-1420）塔頂氣體被脫甲烷接觸塔（210-C-1415）塔頂氣體預熱后與來自HRS的部分尾氣混合，HRS塔頂其余氣體去氫氣凈化系統。尾氣主要是脫甲烷塔（210-C-1420）塔頂氣體，混合后的尾氣經過甲烷膨脹機（210-K-1420）膨脹，繼續在HRS單元、預脫甲烷塔2#、3#進料冷卻器（210-E-1405/210-E-1406）、丙烯冷劑過冷器（210-E-1403）中預熱回收冷量，并達到甲烷壓縮機（210-K-1420）進口溫度控制器設定溫度。尾氣經過再壓縮后與來自氫回收系統的高壓尾氣混合，作為反應器與干燥器的再生氣，送至燃料氣系統。

3、進一步提高裝置負荷尾氣精餾塔出現的問題

乙烯裝置裂解爐投油量在306t/h的負荷下（設計297t/h為滿負荷），當冷分離進料氣相負荷達到190t/h時，尾氣精餾塔由于甲烷、氫氣、碳二組分量大，會使尾氣精餾塔的塔頂液面升高至95%以上，若系統波動或者再提高負荷，浮筒聯鎖液面就會高，達到聯鎖值觸發聯鎖。

尾氣精餾塔系統的操作彈性在65%-120%，塔系統的處理能力已到達最大值。按照裝置運行最優化原則，在塔板效率，工藝工況不變的情況下，通過技術創新來實現高負荷下的最優化運行。

4、實施方案

低壓甲烷設計約為5.1 t/h從冷箱E1403出口循環至裂解氣壓縮單元，再返回到分離進入深冷尾氣精餾塔系統，始終在系統里面循環，我們的方案就是將這部分低壓甲烷氫加壓后送至再生氣或燃料氣系統

5、方案實施的主要內容

①工藝

當裝置超過80%負荷時，通過新增螺桿壓縮機210-K-1430把低壓甲烷氫直接送至界外燃料氣管網。當負荷低于80%時通過壓縮機的旁路送至裂解氣壓縮機二段吸入罐。

②設備

撬裝螺桿干式408壓縮機一臺，1000千瓦電動機一臺，配套油路系統及干氣密封系統。

③配套的公用工程

配套的循環水冷卻系統及氮氣吹掃系統。

6、對產品的影響

該項目實施后，可提高分離深冷系統的操作彈性，目前乙烯裝置的總負荷已經提高至310噸/，對確保裝置長周期平穩運行，并適用裝置高負荷極為有用。

三、優化后的應用效果

1、經濟效益

該方案已經實施并投產，在生產工況裂解深度不變的情況下，按照目前甲烷收率16%計算，5.1 t/h對應可以提高裂解負荷31 t/h；

目前裂解爐的總投油負荷由300t/h提至310t/h，共可以多產乙烯產品和丙烯產品共為約6t/h *48%=2.88/h

這樣一年可以多產乙烯和丙烯為

2.88t/h*8000h=2.304萬噸

按照5000元/噸計算，一年可以提供效益為

2.304萬噸*5000元/噸=11520萬元

2、社會效益及推廣應用

該方案實施前，低壓甲烷氫壓力低并不進再生氣或燃料系統，為了減輕分離冷區深冷系統的負荷，將多余的低壓甲烷氫通過冷箱E1403出口壓控閥放火炬系統燒掉來操作。實施后，對確保裝置長周期平穩運行，并適用裝置高負荷極為有用，即經濟又環保。

四、總結

乙烯裝置冷箱出口低壓甲烷氫，因設計考慮裂解產物中輕組分較少，流程設置為循環至壓縮系統，以滿足冷箱對冷量的要求；但現實中裂解原料與設計偏差較大、裝置負荷高，輕組分產率約為設計的120-130%，難以進一步提高進料負荷，新加一臺壓縮機將低壓甲烷氫加壓后送至再生或燃料氣系統，可降低分離冷區的負荷，提高系統操作余量，解決冷區甚至整個裝置負荷難以進一步提高這一瓶頸問題。

參考文獻

[1]王松漢. 乙烯工藝與技術.北京：中國石化出版社，2012.

（作者單位：中國石油四川石化生產四部）